数字农业概述范文第1篇

摘要：图像压缩是数字图像处理的一项重要技术。本文研究基于统计特性的三种熵编码图像压缩编码方法—香农编码、香农-弗诺编码和哈夫曼编码。并以C#为工具，对三种编码方法进行实验及对比，并通过实验结果分析各算法的特点。实验表明，哈夫曼编码最节省存储空间，单位码长表达的信息量最为丰富；香农-弗诺编码所占的存储空间稍大于哈夫曼编码，单位码长表达的信息量比哈夫曼编码稍少一些；而香农编码所占存储空间最大，单位码长表达的信息量最少。

关键词：图像压缩；香农编码；香农-弗诺编码；哈夫曼编码

中图分类号：TP391.41文献标识码：A

1引言

随着科学的发展，人们对图像存储和通信的需求越来越大。为了提高传输速度，节省存储空间，使图像存储、传输更为高效，最根本的途径就是采用图像压缩技术[1]。目前，图像压缩编码技术已发展到第二代。1985年，Kunt等人提出了第二代编码技术。他们认为，第一代编码技术只是以信息论和数字信号处理技术为理论基础，旨在去除图像元素中的线性相关性的一类编码技术，压缩比不高。而第二代编码技术充分利用人的视觉、心理和图像信息源的各种特征，实现从波形编码到模型编码的转变，获得了更高的压缩比[2]。二十世纪八十年代以来，随着小波变换理论、分形理论、人工神经网络等理论的建立，人们开始突破传统的信源编码理论，图像编码进入了一个崭新的时期。在继续研究灰度图像压缩技术的同时，越来越关注它们在彩色图像压缩编码技术中的推广使用，图像压缩技术的应用前景也越来越广阔。当前，电子产品的数字化已是大势所趋，所有的数字产品均涉及到图像压缩技术，包括高清数字电视、可视电话、手机等。

当前，图像压缩方法按采用的技术不同主要分为预测编码、变换编码、统计编码、静态图像编码、电视编码等[3]。本文主要研究基于统计特性的三种熵编码图像压缩编码方法—香农编码、香农-弗诺编码和哈夫曼编码，并以C#为工具，对三种编码方法进行实验及对比，通过实验结果分析总结各种方法的特点。

2三种常用的图像压缩编码方法简介

图像熵表示图像灰度级集合的平均比特数，单位为比特/像素，描述了图像信源的平均信息量。熵编码算法有多种，如香农编码、香农-弗诺编码、哈夫曼编码、算术编码、行程编码和LZW编码等[3]。本文只研究三种思想相近的基于统计特性的香农编码、香农-弗诺编码和哈夫曼编码。

2.1香农编码

香农编码是一种长度不均匀的编码方法。它的基本思想是：对于出现概率大的信息，采用短字长的码，而对于出现概率小的信息用长字长的码，以达到缩短平均码长，从而实现数据压缩的目的[4]。

香农编码的具体步骤如下：

1）将图像灰度级按出现的概率由大到小顺序排列。

2）按下式计算出各概率对应的码字长度其中Pi为灰度级为i的出现概率。

3）计算各概率对应的累加概率ai，即：

4）把各个累加概率由十进制转换成二进制。

5）将二进制表示的累加概率去掉多于2）步中计算的ti的尾数，即获得各个灰度级的码字。

2.2香农-弗诺编码

香农-弗诺编码也属于熵编码方法的一种。

香农-弗诺编码过程如下：

1）计算出每个灰度级出现的概率，并且按照从小到大的顺序排列。

2）从序列中某个位置将序列分成两个子序列，并尽量使这两个序列概率和近似相等，给前面一个子序列赋值为1，后面一个子序列赋值0。

3）重复步骤2），直到各个子序列不能再分为止。

4）分配码字，将每个像素所属子序列的值串起来，这样就得到了各个像素香农-弗诺编码。

2.3哈夫曼编码

哈夫曼编码严格按照概率匹配方法决定码长，概率大的灰度值对应于短码，概率小的灰度值对应于长码。

哈夫曼编码步骤如下：

1）统计出图像中每个灰度值出现的概率，并按照从大到小的顺序排列。

2）每一次选出概率最小的两个值，将它们相加，形成的新频率值和其他频率值形成一个新的频率集合。

3）重复第2）步，直到最后得到频率和为1。

4）分配码字，对上述步骤反过来逐步向前进行编码，每一步有两个分支各赋予一个二进制码，对概率大的赋予码元0，对概率小的赋予码元1（或相反）。

3实验与结果分析

为方便实验，首先以C#为工具，制作三种编码方法的软件生成界面，以图1为例，分别对三种编码方法进行编码实验，并计算其图像熵值、编码后的平均码长和编码效率，最后对三种编码方法进行分析和比较。

3.1香农编码实验

根据香农编码算法，应用C#生成的软件，以图1为例进行香农编码实验，计算图像的熵值、平均码长、编码效率。得到实验结果如图2所示。

由图2可以看出，香农编码虽然达到了压缩的目的，但平均码长较长，编码效率只有85.8319%，并不是很高，压缩效果较差。对该编码方法、编码过程及实验结果进行分析，可以得出以下结论：

1）由于编码总是进一取整，香农编码方法不一定是最佳的；

2）由于概率最大的灰度值的累加概率总是为0，故它对应的码字总是0、00、000、0…0的式样；

3）码字集合是唯一的；

4）由于每个灰度值的码长只与自身出现概率大小有关，与其余灰度值出现概率大小无关，所以码字长度是确定的，短码没有得到充分利用，在图像灰度级较大的情况下，大部分码字有较长的码长，降低了编码的效率，只有当（1）式中前面的等号成立时才有很高的编码效率，而这种情况是很少的，因此一般情况下香农编码效率较低。

5）对于大部分图像，编码效率不高，冗余度大，因此其实用性受到很大限制。

3.2香农-弗诺编码实验

根据香农-弗诺编码算法，应用C#生成的软件，以图1为例进行香农-弗诺编码实验，计算图像的熵值、平均码长、编码效率。得到实验结果如图3所示。

由图3实验结果可知，香农-弗诺编码也达到了压缩的目的，平均码长为6.385，较香农编码的7.159减少较多，编码效率为96.2441%，比香农编码有了很大提高，编码效率比较高。对该编码方法、编码过程及实验结果进行分析，可以得出以下结论：

1）香农编码实际上构造了一个码树，码树从树根开始到终端节点结束。

2）由于赋码元时的任意性，因此香农-弗诺编码编出的码字不唯一。

3）香农-弗诺编码虽属于概率匹配范畴，但并未严格遵守匹配规则，即不全是按“概率大码长小、概率小码长大”来决定码长，有时会出现概率小码长反而小的情况，因此平均码长一般不会最小。

4）香农-弗诺编码有较高的编码效率，比较适合于每次分组概率都很接近的图像。特别是对每次分组的概率集合概率都相当的图像进行编码时，可达到理想的编码效率。

3.3哈夫曼编码实验

根据哈夫曼编码算法，应用C#生成的软件，以图1为例进行哈夫曼编码实验，计算图像的熵值、平均码长、编码效率。得到实验结果如图4所示。

由图4实验结果可知，与前两种编码相比，哈夫曼编码的平均码长为6.167，最接近图像熵值，编码效率为99.6436%，编码效率高于香农编码和香农-弗诺编码，编码效率高，编码效果好。通过研究该编码原理、编码方法、编码过程及实验结果，分析总结哈夫曼编码的特点如下：

1）哈夫曼编码实际上构造了一个码树，与香农-弗诺编码相反，码树从最上层的端点开始构造，直到树根结束，最后得到一个横放的码树，因此，编出的码是即时码。

2）哈夫曼编码采用概率匹配方法来决定各码字的码长，概率大的灰度值对应于短码，概率小的灰度值对应于长码，从而使平均码长最小。

3）每次对概率最小的两个灰度值求概率之和形成缩减信源时，就构造出两个树枝，由于给两个树枝赋码元时是任意的，因此编出的码字并不惟一。

4）对不同图像的编码效率不同，当图像各灰度值概率为2的负幂次方时，达到100%的编码效率；若图像各灰度值的概率相等，则编码效率最低。

5）有效的信源编码可取得较好的冗余压缩效果。

6）有效的信源编码可使输出码元概率均匀化。

3.4三种编码方法的比较

为了得到更为准确的实验结论，下面以上述实验所用的方法，对20幅不同大小的图像进行实验并记录实验结果，得到以下数据表1。

从表1可以看出，对20幅图像，哈夫曼编码的平均码长都是最小，香农-弗诺编码稍大于哈夫曼编码，香农编码最大。香农-弗诺编码和哈夫曼编码的编码效率远高于香农编码，哈夫曼编码又略高于香农-弗诺编码。因此，可以得出，哈夫曼编码具有最小的平均码长，最高的编码效率；香农-弗诺编码的平均码长略大于哈夫曼编码，编码效率略低于哈夫曼编码；而香农编码平均码长最长，编码效率最低。

4结束语

本文研究并实现了基于统计特性的三种熵编码图像压缩编码方法—香农编码、香农-弗诺编码和哈夫曼编码。实验表明：哈夫曼编码最节省存储空间，单位码长表达的信息量最为丰富；香农-弗诺编码所占的存储空间稍大于哈夫曼编码，单位码长表达的信息量比哈夫曼编码稍少一些；而香农编码所占存储空间最大，单位码长表达的信息量最少。应根据具体图像和各方法的特点选择合适的压缩编码方法。

参考文献

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[8]田迎华，杨敬松，陶跃. 基于边缘检测的噪声图像压缩编码方法[J].计算机应用：2008， 28 （9）：157～158.

[9]邵军花，刘玉红，邸敬，等. 香农编码的优化算法研究[J].兰州交通大学学报： 2010， 15 （6）：58-59.

数字农业概述范文第2篇

关键词：数字农业；时空推理；专家系统

0引言

数字农业应用涉及大量的气象、环境、水文、地质、土壤等领域的时空数据。这些时空数据分散在异构系统中，有着不同的数据格式和规范，采用不同的概念和术语，基于不同的数学模型和分析推理方法。这些多领域时空信息对农业生产、决策均起着重要作用。但是以前由于缺乏高效、合理的技术手段，即使付出很高的代价，也很难将这些时空信息完整无损地共享和融合集成到数字农业应用中，在很大程度上制约了数字农业的应用发展。同时GIS等商业软件平台成本较高也不利于大规模应用推广。

为此，本文基于自主版权GIS、专家系统等系统软件，应用时空推理、本体论、语义Web、关系数据挖掘和专家系统等技术，建立一个数字农业时空信息智能管理平台，对多源、异构的数字农业时空数据和推理分析方法进行集中统一的规范化管理，便于在实际应用中进行融合、集成和共享。基于该平台快速建立起了数字化测土施肥系统、大豆种植标准化管理系统、无公害水果蔬菜栽培指导系统等一批智能应用系统。这些应用系统精确控制农田每一地块种子、化肥和农药的施用量，在提高作物产量的同时，能够实现精确控制农业生产过程，有效降低成本，充分保证农业资源科学地综合开发利用，减少和防止对环境和生态的污染破坏，保持农业生态环境的良性循环，是实现“绿色农业”的重要途径。

1主要关键技术研究现状

1．1数字农业

数字农业是在“数字地球”的基础上提出并发展的，是21世纪新型的农业模式和挑战性的国家目标，包括精准农业、虚拟农业等内容，其核心是精准农业。以3S技术应用为核心的数字农业空间信息管理平台开发研究是数字农业研究的突破口[1,2]。美国于20世纪80年代初提出数字农业的概念，它是针对农业生产稳定性差、技术措施差异程度大等情况，运用卫星全球定位系统控制位置，用计算机精确定量，把农业技术措施的差异从地块水平精确到平方厘米水平，从而极大地提高种子、化肥、农药等农业资源的利用率，提高农产量，减少环境污染。法国农业部植保总局建立了全国范围内的病虫测报计算机网络系统。日本农林水产省建立了水稻、大豆、大麦等多种作物品种、品系的数据库系统。新西兰农牧研究院利用信息技术向农场主提供土地肥力测定、动物接种免疫、草场建设、饲料质量分析等各种信息服务。同时，我国紧跟国际研究的前沿，开展了系统工程、数据库与信息管理系统、遥感、专家系统、决策支持系统、地理信息系统等技术在农业、资源、环境和灾害方面的应用研究。

1．2时空推理

近年来，时空推理（Spatio－temporalReasoning）已成为十分活跃的研究方向，在军事、航天、能源、交通、农业、环境等领域有着广泛的应用。近十年来我国国家基础地理信息中心、清华大学、信息大学、中国科学院、武汉测绘科技大学、武汉大学、吉林大学等单位在时态GIS、时空数据模型、时空拓扑、时空数据库等时空推理相关领域开展了大量研究工作。

1．3时空数据标准与共享

不同领域和应用环境对时空数据的理解存在很大差异，这造成了异构时空系统集成的困难，因此时空数据共享、互操作和标准化的研究具有重要意义。这方面研究最初从空间数据入手，近期开始向时间数据和时空结合数据发展。时空数据的共享有以下方式：

（1）空间数据交换

空间数据交换的基本思想是各系统使用自身的数据格式，通过标准格式进行数据交换。目前空间数据交换标准有：SDTS、DIGEST、RINEX等国际标准；以色列的IEF、英国的MOEPSTD、加拿大的SAIF、我国的CNSDTF等国家标准；AutoDesk的DXF、ESRI的E00、MapInfo的MIF等厂商标准。尽管各GIS软件厂商提供了公开的交换文件格式来进行空间数据的转换，但由于底层数据模型的不同，最终导致不同的GIS的空间数据不能无损的共享。虽然空间数据交换仍然在使用，但效果并不理想。空间数据互操作标准是当前国际公认的，比空间数据交换标准更有前途的数据标准。

（2）基于GML的空间数据互操作

开放式地理信息系统协会(OpenGISConsortium，OGC)提出了简单要素实现规范和地理标记语言(GeographyMarkupLanguage，GML)。OGC相继推出了一整套GIS互操作的抽象规范，包括地理几何要素、要素集、OGIS要素、要素之间的关系、空间参考系统、定位几何结构、存储函数和插值、覆盖类型及地球影像等17个抽象规范，2003年1月推出GML3.10版[3]。近年来，国内外众多学者基于GML在空间数据共享等方面开展了大量研究。2001年Rancourt等人[4]将GML与先前所定义的空间标准进行比较，认为GML能有效地满足空间数据交换标准。2002年，ZhangJianting等人[5]提出了一种基于GML的Internet地理信息搜索引擎。2003年，ZhangChuanrong等人[6]在网络环境下以GML作为异构空间数据库交换共享空间数据的格式，成功实现数据的互操作。2003年，崔希民等人[7]提出了GIS数据集成和互操作的系统架构，在数据层次上实现GIS数据的集成和互操作。2003年，张霞等人[8]提出一种基于GML构造WebGIS的框架结构,给出实现框架技术。其中采用GML作为空间数据集成格式。2004年，朱前飞等人[9]提出了一种新的基于GML的数据共享解决方案。2005年，陈传彬等人[10]提出了基于GML的多源异构空间数据集成框架。GML数据类型较完整，支持厂家较多，相关研究丰富，是目前最有前景的时空数据标准。本文选择GML作为农业时空数据标准。

1．4时空本体

1．4．1本体、语义Web和OWL

本体方法目前已经成为计算机科学中的一种重要方法，在语义Web、搜索引擎、知识处理平台、异构系统集成、电子商务、自然语言理解、知识工程等领域有着重要应用。尤其是目前随着对语义Web研究的深入，本体论方法受到了越来越多的关注，人们普遍认为它是建立语义Web的核心技术。OWL是当前最有发展前景的本体表示语言。2002年7月29日,W3C组织公布了本体描述语言(WebOntologyLanguage,OWL)的工作草案1.0版。目前工作草案的最新更新为2004年2月10日的版本[11]。

1．4．2时空本体

基于本体方法对时空建模的相关研究工作如下：

1998年，Roberto考虑了作为地理表示基础的某些本体问题，给出了关于一般空间表示理论的某些建议[12]。2000年ZhouQ.和FikesR.定义了一种考虑时间点和时段的时间本体[13]。2000年，Córcoles基于XML定义了一个类似SQL的时空查询语言，该语言包含八种空间算子和三种时态算子用于表达时空关系[14]。2003年，Grenon基于一阶谓词逻辑定义了时空本体，使用斯坦福大学的Protégé环境实现[15]。2003年，Bittner等人[16]提出了用于描述复杂时空过程和其中的持续实体的形式化本体。以上工作中Grenon的时空本体研究相对完整，相关研究成果已经在网上共享，本文在此基础上开展研究，建立农业时空本体。

2主要研究内容

（1）农业时空数据规范

现阶段我国还没有公认的农业时空数据标准出台。本文基于时空推理技术，研究通用性更强的时空数据表示模型，能表示气象、土壤、环境、水文、地质等各领域的农业时空数据。GML是目前公认的时空数据标准，利用上述模型扩充GML，兼容中国农业科学院的“农业资源空间信息元数据的分类及编码体系草案”等国内现有的地方性标准，构建针对数字农业中时空数据的DA－GML标准，作为数字农业基础时空数据的规范。现有的土壤、环境等基础空间数据库均支持到GML格式的转换。

（2）农业基础时空数据库

基于笔者自主开发的GIS平台建立农业基础时空数据库，该平台具有运行稳定、资源占用少、结构灵活、功能可裁减、成本较低、便于移植等特点。采用了时空推理技术，支持对空间和时空信息的表示和推理。通过DA－GML能够直接从现有系统中获取领域农业基础时空数据，主要包括土壤数据库、环境数据库、气象资料数据库、农业生产条件数据库、林业信息数据库、影像数据库等。

（3）农业时空分析方法库与农业时空知识库

时空推理是研究时间、空间及时空结合信息本质的技术，通过时空推理技术将现有面向农业领域的时空分析技术进行整合和规范化表示，形成农业时空分析方法库。对领域农业时空知识进行归纳、整理，同时通过数据挖掘方法从基础数据中提炼知识，建立农业时空知识库。

（4）农业时空本体库

在(2)、(3)中存储的数据、方法和知识需要一个有效的机制进行组织和管理。就目前技术而言，本体是表达一个领域内完整的体系（概念层次、概念之间的关联等）的最有效工具，所以本文选择建立农业时空本体库。具体包括本体获取、本体管理、本体服务与展示三个模块。使用Protégé做本体开发环境编辑。Protégé是斯坦福大学开发的基于Java的本体编辑与知识获取工具，带有OWL插件的Protégé可以支持OWL格式的本体编辑与输出。

以上三个库通过WebService方式提供基于Internet的服务，可以在线对库中信息进行维护和检索，并能无缝集成到应用系统中。

（5）系统体系结构

系统工作原理如图1所示。首先，外部系统的时空数据转换成GML格式（现在绝大多数系统支持该数据标准），进入农业基础时空数据库。通过本体获取与编辑模块将时空数据和时空知识整理，形成本体库。外部系统的请求通过WebSer－vices发给仲裁者，仲裁者区分各类情况调用三个库调用服务、提取数据和执行操作，结果返回给用户。

（6）基于平台开发农业生产智能应用系统

基于数字农业时空信息管理平台建立数字化测土施肥系统、作物种植标准化管理系统、无公害水果蔬菜栽培指导系统等一批农业生产智能应用系统，解决实际问题。

3相关系统对比分析

3．1数字农业空间信息管理平台

平台基于信息和知识支持的现代农业管理的集成技术，对农田信息进行动态采集、分析、处理和输出，从而根据农田区域差异、农事安排进行模拟分析、决策支持管理和指挥控制，并对农业生产过程的区域差异进行精确定位、动态控制等定量操作[17]。

3．2全国农业资源空间信息管理系统

全国农业资源空间信息管理系统(NASIS)实现对全国农业资源空间信息的查询分发，具有系统管理、动态数据字典、数据检索、查询、数据分发、制图、报表统计、数据分发等功能。该系统已经用于全国农作物遥感监测、农业资源调查、农业科研和农业政策信息支持服务等方面[18]。

3．3中国西部农业空间信息服务系统

计算机技术、互联网技术的迅速发展为建立基于Web的中国西部农业空间信息服务系统提供技术支撑。本文从西部农业空间信息服务系统的数据库构建开始，全面地介绍了系统的运行模式和数据库访问技术，详细论述了系统的总体结构、平台环境和开发实现等。

（1）基于平台提供的开发框架，能方便、高效地建立大量的数字农业智能应用系统，基层农业科技人员也能快速开发出技术含量高的应用系统，各应用系统能互通、共享，便于升级维护。

（2）由于大量的底层服务、数据、知识和方法由平台集中统一提供，简化了开发数字农业应用软件的工作，节约了成本。

4结束语

数字农业时空信息管理平台从系统目标、适用范围、采用技术、系统接口等方面不同于任何现有的基础农业空间数据管理平台，是一个概念全新的系统，定位于基础农业空间数据管理平台的上层，更便于开发数字农业应用。其中的本体库等机制为将来建立农业时空数据网格奠定了良好的基础。

参考文献：

［1］于淑惠.数字农业及其实现技术[J].农业图书情报学刊,2004,15(7):5－8.

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[5]ZHANGJianting,GRUENWALDL.AGML2basedopenarchitectureforbuildingageographicalinformationsearchengineovertheinternet[DB/OL].(2002).cs.ou.edu/database/documents/zg01.pdf.

数字农业概述范文第3篇

论文摘要阐述数字农业的概念及其作用，指出数字农业建设中存在的问题，包括农业信息化水平低、信息化意识及利用信息能力不强、管理和标准化工作有待进一步加强等，并对数字农业的建设进行了展望和设想。

在我国2000年的《农业科技发展纲要》中，将数字农业放在农业信息技术的首要位置，引起了人们的普遍关注。本文试图谈谈对数字农业的认识、存在的问题和建设数字农业的基本设想，以供参考。

1对数字农业的认识

数字农业（digitalagriculture）就是用数字化技术，按人类需要的目标，对农业所涉及的对象和全过程进行数字化和可视化的表达、设计、控制和管理。其本质是把信息技术作为农业生产力要素，将工业可控生产和计算机辅助设计的思想引入农业，通过计算机、地学空间、网络通讯、电子工程技术与农业的融合，在数字水平上对农业生产、管理、经营、流通、服务以及农业资源环境等领域进行数字化设计、可视化表达和智能化控制，使农业按照人类的需求目标发展[1]。

有的学者认为[2]，数字农业是“数字地球”在农业领域的延伸。正如“数字地球”的概念一样，数字农业这一概念体现了数据和技术的综合集成。数字农业可以有广义和狭义之分。广义的数字农业，即信息化农业，包括农业要素（生物要素、环境要素、技术要素、社会经济要素等）、农业过程（生产、管理、储运、流通等）的数字化、网络化、自动化以及智能化，形成数字驱动的农业生产管理体系。狭义的数字农业，是以农业空间信息机理为基础的、以“3S”技术为支撑的农业系统空间信息技术体系。

事实上数字农业是一个学术性很强的综合概念。近年来，与数字农业技术体系有关的理论基础和应用技术研究，已经成为主要发达国家发展高新技术农业的侧重点，成为极其活跃的科技创新领域。数字农业是一项集农业科学、地球科学、信息科学、计算机科学、空间对地观测、数字通讯、环境科学等众多学科理论与技术于一体的现代科学体系，是由理论、技术和工程构成的三位一体的庞大系统工程。数字农业是对有关农业资源（植物、动物、土地等）、技术（品种、栽培、病虫害防治、开发利用等）、环境、经济等各类数据的获取、存贮、处理、分析、查询、预测与决策支持系统的总称。数字农业是信息技术在农业中应用的高级阶段，是农业信息化的必由之路；农业信息化、智能化、精确化与数字化将是信息技术在农业中应用的结果。实现农业农村现代化、保障我国的食物安全、全面建设小康社会的关键在于推动农业科技的发展，创造条件进行一次新的技术革命，促使传统农业向现代农业转变，促使粗放生产向集约化经营转变。可以预言，数字农业及其相关技术的快速发展和推广应用，必将成为新世纪农业科技革命不可缺少的重要内容，必将推动农业向高产、优质、高效及可持续方向发展，在带动广大农民致富和全面建设小康社会中发挥越来越重要的作用[3]。

2存在的问题

2.1农业信息化水平较低

收集信息、处理信息、传播信息的软硬件设备与网络体系不健全；已开发的大量农业经济信息系统、农作物病虫害数据库、作物品种资源管理数据库系统、农业土壤系统分类数据库系统等大多不涉及空间维度，难以适应当前对空间数据信息的需求；对于来源多种多样、格式也不尽相同的各种数据的实时性、地域性、综合性处理还需作出很多努力。

2.2农业信息化意识和利用信息的能力不强

一方面，许多基层农技人员和广大农业从业者，知识老化，整体素质有待进一步提高，对于利用现代技术，收集、处理、利用农业信息的意识和能力不强；另一方面，农业信息加工处理的技术人员缺乏，当前，就连最基本的能够及时、准确地提供农产品供需信息，对网络信息进行收集、整理，分析市场形势，回复网络用户的电子邮件，解答疑问等方面的人才也不多，更谈不上能够满足数字农业发展对于人才的需求。2.3农业信息化效益不明显

数字农业还刚刚起步，在国内总体上尚处于探索阶段，实用性、普遍性的技术应用还很少，直接带来的经济效益还没有很好地显现出来。

2.4农业信息数据的管理和标准化工作有待进一步加强

地理信息系统（GIS）以及其他农业信息管理系统为了完成某种分析工作所要求的各种农业数据往往格式与结构不同，而且往往掌握在不同的管理部门或研究机构中。因此，未来建立在网络上的农业地理信息系统要具备获取和分析分布式存储数据的能力，也就是说我们要使所谓的WebGIS能够协同处理来自不同组织和机构的农业数据[2]。

3建设数字农业的基本设想

随着经济社会的快速发展和科技进步，台州在数字网络建设、原始数字化数据积累、数字化信息采集及其处理等

方面的工作已有一定的基础，起动发展数字农业不仅是必要的，而且是可行的。借鉴许多学者的研究结果[4，5]，提出建设台州数字农业的基本设想，就是要在台州已有农业信息化建设成果基础上，建立可视化的台州农业地理信息系统，构建直观形象的农业信息管理与辅助决策视频体系，实现农业信息的现代化综合管理、分析、共享和，彻底改造台州传统的农业管理模式，全面提升台州农业工作的信息化和现代化水平。

3.1整合已有的农业信息

在国家、省级信息基础设施建设的基础上，以各级农业部门为依托，建设中央一省一市县信息骨干网络系统，形成一个功能完善、性能优良的农业综合信息网络系统，并与其他网络互联，成为一个全方位的农业资源和经济信息网络系统。

3.2信息表达要直观、形象，并要实现信息系统的联网

把市内的地形、地貌、交通、村镇、行政区划等基础地理信息以及耕地分布、土壤类型、种植结构、水肥状况、农作物生长发育、气象、病虫害、农民知识、乡镇企业、农业法律法规等各种农业信息以图形图像等直观形象的可视化电子地图与相关信息的形式在投影视频系统上进行显示和表达，随着数字农业的发展，逐步做到与省级、部级类似的信息系统进行交互式查询等。

3.3强化对科研、管理等的服务工作

通过对基础地理信息和农业专题信息的空间分析、网络分析和追踪分析等，实现农业科研、管理和决策人员在全市三维农业电子模型上，对农业生产中的现象、过程进行模拟，高效、直观、形象地为农业工作的规划、设计、建设、经营、管理、服务、决策等提供科学依据。

4参考文献

[1]蒋建科.“数字农业”带动农业现代化[J].农资科技，2003（5）：41.

[2]薛领，雪燕.数字农业与我国农业空间信息网格（Grid）技术的发展[J].农业网络信息，2004（4）：4-7.

[3]曹宏鑫，王家利，郑宏伟.发展“数字农业”推动农村信息化[J].农业网络信息，2004（1）：17-20.

数字农业概述范文第4篇

关键词　叙词表　本体　OWL

分类号　G254.24

本体理论注重在知识组织结构的层面上描述具有语义关系的概念意义，其形成的本体技术(ontology)已经被应用于数字图书馆及相关领域，信息检索的规范化、智能化以及Web语义的分析和确定均可以通过Ontology来实施。叙词语言作为一种具有语义关系的语言系统，其词汇表达的某一领域的属性概念和On-tology有着相同的表现功能，通过叙词语言来建构本体理论中面向学科领域的概念化描述机制以及知识组织多元化体系具有显著的优越性。近几年来，国际科研机构和各国技术力量进行了广泛的研究，并取得了丰硕的成果，如联合国粮农组织利用RDFS(RDF Sche－ma)将Agrovoc叙词表转换为农业本体；美国Syracuse大学的J.Qin和S.Paling建立了把GEM(教育资料网关)中的受控词表转换为ontology的原理和原则框架。以叙词语言为基础建立的ontoloyg是有效可行的ontology enginneering的开发思路，叙词表所具有的概念集合和语义关联为本体技术的开发提供了丰富的资源。叙词表必须通过技术规范和方法指导逐渐向on－tology迁移，以达到ontoloyg中要求精确的类与类、类与实体之间的逻辑关系。

1　叙词语言建构本体理论的原则和方法分析

叙词语言的概念语义关系主要用“用”、“代”、“分”、“属”、“参”等表示，但是在使用过程中发现这些语义关系的逻辑划分界限并不十分严谨，如表示等级关系就包括多种：地壳运动和地壳平行运动(包含关系)、写字楼和写字间(整体和部分关系)、机械理论和电机原理(类和实例关系)，这样，在逻辑关系的区别上存在着明显的混淆。本体技术的应用要求语义关系建立在严格的逻辑之上，对于叙词语言的本体转换需要根据叙词的不同情况采取不同的方法：①统一规则关系，如联合国粮农组织在转换Agrovoc叙词表时，将BT／NT关系统一为类与实例关系；②概念分解，如Per-ishable Product可以表示为带有Perishable属性的Prod－uct，Mother可以表示为带有Female属性的Parent。为了促进网络本体技术的发展，使得叙词语言更完备地转换为本体，国际信息与文献标准化委员会重新修订了叙词结构与使用技术标准(ISO5946)，其中明确规定了转换方法：①用XML Schema构建叙词标记语言，建立叙词语言描述本体的基本框架；②用RDF Schema表示叙词内容，可以将叙词表中某一个概念范畴作为本体的某一领域的域值直接引入；③用DAML+OIL、OWL表示叙词关系，将本体理论描述引进深入。其中，OWL作为语义万维网的核心技术，意在提供一种语言，用于描述Web文档和应用中固有的类和类之间的关系。它通过定义类和类的属性来形式化一个领域，声明和定义对象与对象的属性以及在OWL形式化语义允许程度上对类和对象进行推理。

OWL提供三种表达能力渐强的子语言，分别是OWLLite、OWL DL、OWL Full。OWL Lite支持的是那些需要一个分类体系和简单约束功能的用户。例如当OWL Lite支持集约束时，它只允许集的值为0或1。OWL DL支持的是想获得最大表达能力、具有完全计算能力及确定性的用户。OWL DL包括所有OWL语言的约束，如：类型区分(一个类不能同时是一个对象或者属性，一个属性不能同时是一个对象或者类)。OWL DL设计目的是支持现有的描述逻辑和为推理系统提供预期的计算属性。OWL Full支持的是想获得最大的表达能力但不确定是否需要计算性的用户。在OWL Full中，一个类能同时作为对象的集合，它本身也可以作为一个对象。OWL Full允许一个本体增加一个前控词表的意义。

以上三种子语言，哪一种更适合应用本体的使用?具体来看，选择OWL Lite还是OWL DL，要根据用户对OWL所提供的需求程度来判断，OWL Lite的推理器具有令人满意的计算属性，而OWL DL推理器在遇到其他具有确定性的子语言时，将按最坏情况处理，服从复杂性更高的子语言；选择OWLDL还是OWL Full，主要根据用户对建模工具的需求程度来判断，两者相比，OWL Full对推理的支持比预期的相对较弱。

2　叙词语言建构本体的模型理论分析

2，1建模步骤

本体建模理论主要以方法来表示，本体的建模方法有很多，其中Mariano Fernandez&GOMEZ-PEREZ等的METHONTOLOGY方法最为著名。METHONTOLO－GY是一种本体建模的结构性方法，其步骤为：

2，1，1制定说明单的使用内容说明单的制定要详细、完备、一致，内容包括本体建模的目的、场景、用户确定、实现本体的结构化程度、范围及本体要表达的术语集、特性和力度。

2，1，2获取信息的来源和方法信息来源途径很多，可以是各行业专家的思想、文献、数字、新闻等。获得信息的方法有逻辑思维法、访谈法、本文知识的分析与总结、知识检索工具的使用。

2，1，3概念化过程将领域知识组织成概念模型，用说明单中识别的领域词汇表来描述问题和制定解决方案。生成的概念模型允许最终用户确定一个本体是否有用，并且对于某个给定的应用不需要查看源代码就可判断是否可用；比较多个本体的范围、完整性、可重用性和共享性。

2，1，4实现过程

用任何一种形式化的语言编码实现本体。需要一种开发环境的软件支持，包括：词法与语法分析器、翻译器、编辑器、浏览器、搜索器、评价器、自动维护工具。

2，1，5评价过程

对本体构建的每一个环节中本体本身、软件环境、文档状况进行评判，包括正确性、稳定性和有效性。

2，1，6文档构成形成本体构建过程中的各个环节进行文档存贮。

2，2建立词间关系自动转换系统

由于叙词表所表达的词间关系过于宽泛，必须对其进行预处理和精炼。通过预处理和精炼，可以将叙词转换为本体中的概念，将词间关系精炼为明确的概念间关系。

2，2，1要确定词间关系转换规则

例如，在Agrovoc叙词表中，sheep RT mutton被定义为sheep(usedTo－Make>mutton，则可以规定If class x is sheep#1 andclass Y is mutton#1，and X RT Y then X

Y。这样，叙词关系sheep RT mutton自动转换为概念关系sheepmutton。

2，2，2改正有问题的词间关系并转换为正确的概念关系主要算法是：

2，2，3检查词间关系转换的结果，对不合理的词间关系进行修改可以通过三种方式进行检查：

・概念检查：查询概念，返回概念间的关系，检查是否正确，如检索“sheep”。

・概念间关系查询：如。

・规则查询，如Ⅱx and Y are marked as“T*”inthe concept type field，and X BT Y，then XY。

2，3本体的OWL输出表示

我们可以把METHONTOLOGY方法看成是对叙词表的精炼过程，通过建模实现了叙词表词汇上的丰富和语义关系上的逻辑表达。在此方法下，通过软件工具Prot6g62000，利用OWL语言来整体建模，模型文档片段如下所示：

对于建模的评价应该是查看建模文档的合理程度及运行稳定状态，从中体现出本体概念、属性及语义关系的明确性和准确性，将结果返回到建模步骤2.1.4中，进行修改，经反复修改后最终确定该领域的本体模型框架和内容。在建构本体的过程中，利用叙词表进行本体建构具有客观的优势，叙词表本身被称为轻量级本体，其所包含的概念层次清晰、逻辑性强，对各个学科专业词汇收录得比较完备，在叙词表的基础上构建本体可以起到事半功倍的效果。尤其对于一些专业叙词表，其构建本体的效果更好。

3　农业科学叙词表向农业本体转换实例分析

3，1农业科学叙词表的OWL描述

对于W3C推荐的本体描述语言OWL有着更为强大的表达能力，是在Web上和共享本体语义标记语言，OWL有三种子语言：OWL Lite、OWL DL和OWLFull。农业科学叙词表转换为本体将以OWL语言格式进行保存。我们通过农业科学叙词表中的一个例子来说明向本体转换的情况，下面为“剑桥学派”的部分叙词及词间关系：

以上为较为简单的OWL表达的叙词表中叙词间的语义关系，若要更为精确地表达，还要建立更多属性来描述细分后的语义关系，这里就不再说明了。

3，2农业科学叙词表转换本体系统的设计与实施

农业科学叙词表本身是一个叙词数量庞大、结构复杂的语言体系。随着计算机技术的发展，目前已经研制出电子版的农业科学叙词表，我们就以Visual Stu－dio，net 2005应用软件为平台，构建本体批量转换系统。其系统转换功能包括以下三个方面：

通过系统界面层CAT_To_OWL的显示，转换系统的操作主界面如图1所示：

主界面中“核心转化”模块为主模块，该模块可以选择需转换的叙词的一级类目，可选择多个，并能够暂停或终止转换操作，状态区显示转换的进度，如图2所示：

数字农业概述范文第5篇

众所周知，农业院校人才培养的目标是造就高素质、复合型的高级农业科技人才，为了更好地实现这一目标，必须不断地随着社会对人才素质要求的提高而对课程不断进行优化和改革。作为尝试和探索，农业院校计算机基础教学课程改革的目标应是：大力加强学生“计算思维”意识的培养，全面提升学生利用计算技术，计算机求解问题的综合能力；同时遵循“先分析社会对计算机应用人才的能力要求，然后研究作为支撑的相应的知识结构，从而构建课程体系”的原则，全面优化课程设置。实现《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》中所提出的“面向应用、突出实践”的目标。

一、强化学生“计算思维”意识的培养，提升学生运用计算思维获取知识的能力

多年的教学实践证明，大学计算机基础类课程的开设对于普及农业院校学生计算机知识以及提高运用计算机解决专业问题的能力都发挥了重要作用。但随着计算机技术在农业领域里应用的不断深入，以及社会对毕业生计算机技能的需求越来越高、针对性越来越强的趋势，现有课程在设置上已日显不足。从目前课程设置安排来看，各校基本是以通识课的形式分阶段安排“大学计算机基础”和“算法与程序设计”等课程的教学。其中，作为大学第一门计算机基础课程“大学计算机基础”既是学生学习计算机基础理论知识及基本技能训练的主要途径，同时也是培养学生“计算思维”意识的关键阶段，为此该课程应达到以下目标：即帮助学生了解计算思维的基本内容、培养学生运用计算思维获取知识的能力、初步掌握运用计算思维解决问题的一般思路和步骤，理解计算在问题处理过程中所发挥的作用。因此，在课程内容的安排上应将现有以概念、结论为主向通过计算思维的培养带动知识的学习、提升能力方向转变。

目前，大多数院校在讲授大学计算机基础时基本上仍以单纯讲解概念、简单原理和结论为主，其结果是学生对系统只是有一个概念上的了解和认识，无法真正认识计算科学，计算技术在处理实际问题过程中所发挥的作用。为了改变这种脱离实际的教学，通过探索实践笔者认为可通过以下思路尝试解决所存在的问题。

其一，在教学中应首先培养学生的计算思维意识，并引导学生自觉将其运用到具体的学习过程中；其二，教师在讲授时应尽量将对知识的抽象解释转化为运用知识处理实际问题的具体实例的说明上，以这种可实现思维带动对知识的掌握，帮助学生逐步提高运用计算思维获取知识的能力。那么，什么是计算思维，周以真教授指出：“计算思维是指运用计算机科学的基本概念去求解问题，设计系统和理解人类的行为。”计算思维是一种选择合适的方式陈述一个问题的思维方法；它是通过启发式推理法寻求处理问题的方案。以下以二进制教学为例说明计算思维思想在帮助学生全面掌握和认识二进制理论及在数据处理中的作用。

目前在讲授这部分内容时基本上是以概念和结论为主，结果是学生对其只是有一个概念上的了解和认识，认知程度仍停留在对0和1认识的水准上，对二进制理论在数据处理过程中的作用以及基本逻辑电路的组成与二进制理论间的关系仍认识不全。为尽快提高认识，笔者认为可从系统和应用两个角度解释讲解：从系统角度而言，由于计算机能够直接识别和处理的数据只有“0”和“1”，而大量要处理的数据是以各种形式存在，因此要对它们进行处理首先要解决的是数据的识别，通过分析发现大多数客观事物(实体)由其性质决定了它们都是以两种形态存在，既以字符、文字或数字(0和1)。因此在处理时只要将其由字符或文字形式转换为“0”和“1”或“0”和“1”的组合形式就能实现；同样，对于图像、音频的处理也可完全运用这一思维思想，通过对其进行采样、量化、编码等操作实现问题的处理；而从应用角度来看，主要应解释将各类数据转换为二进制数的具体实现过程。如实现由字符向数字的转换可借助ASCII编码实现。其具体过程为：数据输入编码(ASCII)处理存取显示结果。同样，对于其他类型数据(图像、视频、音频)等的处理都也可采用这种方式。此外，从目前设计技术来看，大多数计算机的基本器件仍是由采用集成技术的半导体材料构成，而其固有的PN结特性恰好也只有两种形式“0”和“1”，这正好符合二进制理论，这样就可利用二进制运算理论设计由简单到复杂的各种逻辑电路以满足计算需求。即用二极管、三极管等实现基本门电路组合逻辑电路芯片(复杂组合逻辑电路)。

二、以人为本合理优化课程内容，搭建有效的自主学习平台

目前，从课程设置到内容的编撰来看，农业院校大学计算机基础教学虽经多次改革，但由于受通识教育思想所限，课程内容仍趋于对知识作笼统的、一般性的概念化描述。久而久之，以这种统一的、模板式方式组织教学必然会挫伤学生学习的积极性和主动性，对培养学生自主学习能力极为不利。因此，要有效地解决这些问题必须树立以人为本的指导思想，从有利于学生自主学习的角度，针对解决专业问题的需要和学生的实际需求优化课程内容。为此，我们作了以下的尝试。

为使学生更快掌握计算机技术运用专业领域的途径和使用背景，在每一章节的讲授过程中首先给出一个应用成功的典型案例，激励和引发学生产生一种强烈的需求动机。并引导学生分析处理此问题应运用的知识结构，寻找归纳出哪些知识已掌握，哪些需要继续探索和积累，由学生根据自身情况制订学习计划。同时，教师也应明确给出要达到的目标要求，使学生时刻都能了解和掌控自身的学习过程。另外，为有效地维持学生产生的学习动机，辅佐他们尽快探索总结出典型应用案例所采用的知识点，并将其真正运用到解决专业问题的实

践中可采用以下做法：即鼓励学生运用身边的问题或专业问题作为学习任务，从中寻求分析解决任务所需的知识与技能，引导学生通过自主阅读相关教学资源并进行实验或小组协同完成综合性项目等环节，尝试利用计算机技能解决学习任务，形成较深的知识底蕴，最终实现运用计算机知识与技能灵活处理问题的最终目标。

三、面向应用、突出实践。提升运用程序技术处理问题的综合创新能力

作为非计算机各专业的学生，学习计算机技术的主要目的在于运用“计算思维”意识研究和解决各种面向应用的理论及实际问题。在学生已基本了解计算机系统知识并具备一定自主学习能力的基础上。课程重点应以“面向应用、突出实践”，提高学生运用计算机技术，计算机理论分析和处理问题的综合能力为主。实现由思维向综合能力的转变和提升。为适合这种转型的需要，绝大多数农林院校都相继开设了“程序设计”类课程，力图实现由理论知识向实际应用的跨越。从整体来看都取得了良好的效果，但其中也存在一些问题，问题集中体现在过分强调对语言的抽象描述，轻视对程序设计思维、设计算法以及具体处理步骤等具体内容的诠释。

为此，只有不断改变和更新教学理念，真正以培养和提升学生综合创新能力作为程序设计课程的目标才能适应和满足社会的需要。针对程序设计类课程所具有的逻辑思维严谨、实用性、目标性、针对性强等特点，只有不断加强学生计算思维意识的培养、研究和积累各种算法在程序中的作用以及大量实践方可达到教学目标。从对教学效果分析来看，影响学生学习效果及能力提高的主要因素仍是思维方式不当、思维意识不强，由此直接制约和影响了对设计算法以及算法在程序中作用的认识和应用。因此在教学中必须以思维培养为前提，通过大量不同算法在程序实例中的演示和讲解提高学生对算法的认知程度。如：算法的遴选原则、算法在程序中逻辑结构的确定、同一问题运用不同算法所衍生的相同或不同结果的演示等等；同时在问题选取上要接近或贴近专业问题的实际需要，使学生尽快完成由对程序设计技术的学习到将其运用到解决专业问题的跨越。实践证明，以这种方式组织教学既能克服学生生搬硬套简单机械的强化记忆的学习方式，又能消除“狭义工具论”对计算机教学的影响，同时有助于学生思维的培养和素质能力的快速提升，进而达到提升运用程序技术处理问题的综合创新能力的最终目标

三、结语

以上就高等农业院校非计算机专业计算机基础课程改革提出了一些个人想法，面对当今科学技术的不断进步和计算机技术在农业领域应用的进一步深入和普及，必须造就一批既具有深厚的专业底蕴又熟知计算机应用技术的高素质、复合型的农业建设人才以适应社会的迫切需求。因此，高等农业院校非计算机专业的计算机基础课程必须随时代的发展和社会需求的不断提高进行深化和改革以期和时展相适应。

参考文献

[1]宋文.非计算机专业计算机基础教育系列课程设置及内容体系研讨[J].计算机教育，2006，(7)：38-41.

[2]战德臣，等.大学计算机――所有大学生都应学习的一门计算思维基础教育课程[J].中国大学教学，2011，(4)15-20.